椭圆轴数控加工工艺及车削编程毕业设计说明书.doc

毕业设计说明书题 目 椭圆轴数控加工工艺及 车削编程 专 业 数 控 技 术 班 级 数 控0906 学生姓名 XXX 指导教师 焦 红 卫 2011年11月20日21目录1绪论12 毕业设计任务22.1目的与要求22.2选题22.3设计要求22.4毕业设计课题32.5涉及的主要知识33 二维图44 三维图55 零件工艺分析55.1零件结构工艺性的概念55.2零件图纸分析65.3毛坯的选择65.4 定位基准的选择85.4.1 粗基准的选择85.4.2 精基准的选择85.5 制定工艺路线86选择的设备86.1 机床的选择86.2 夹具的选择97 切削用量的确定108 刀具选择129 手动编程1311 设计小结1812 参考文献19 椭圆轴数控加工工艺及车削编程.1绪论从1952年世界第一台数控机床在美国诞生开始，数控机床对促进社会进步，提高大众的物质生活水平，改善人们的精神生活都起了非常重要的作用。但随着世界工业的不断发展，数控机床技术迅速发展。一个国家的工业水平好坏才可以正在体现出该国家的发展现状。近年来，随着计算机技术的发展，数字控制技术已经广泛应用于工业控制的各个领域，尤其是机械制造业中，普通机械正逐渐被高效率、高精度、高自动化的数控机械所代替。21世纪机械制造业的竞争，实质上是数控技术的竞争，一个国家的数控技术发展的程度也就反应了该国家机械制造业自动化能力的高低。数控机床是集机械、电气、液压、气动、微电子和信息等多项技术为一体的机电一体化产品，是机械制造设备中具有高精度、高效率、高自动化和高柔性化等优点的工作母机。数控机床的技术水平高低及其在金属切削加工机床产量和总拥有量的百分比是衡量一个国家国民经济标志之一。数控车床是数控机床的主要品种之一，它在数控机床中占有非常重要的位置，几十年来一度发展成为自动化程度高、具有加工复杂形状零件的能力、加工精度高、质量稳定、生产效率高和易于建立计算机通信网络的特点。近年来，随着计算机技术的发展，数字控制技术已经广泛应用于工业控制的各个领域，尤其是机械制造业中，普通机械正逐渐被高效率、高精度、高自动化的数控机械所代替。目前国外机械设备的数控化率已达到85%以上，而我国的机械设备的数控化率不足20%，随着我国机制行业新技术的应用，我国世界制造业加工中心地位形成，数控机床的使用、维修、维护人员在全国各工业城市都非常紧缺，再加上数控加工人员从业面非常广，可在现代制造业需求大批数控专业的人才。为满足国家的需要，国家正大力培养数控专业人才以满足市场的需要。通过本次课程设计，应该得到下述各方面的锻炼：1）能汇总所学的知识，让知识灵活运用于实际。2）学会使用手册及图表资料。掌握与本设计有关的各种资料的名称、出处、能够做到熟练运用。2 毕业设计任务2.1目的与要求1）培养学生综合运用所学的基础知识、专业知识和技能，提高解决实际问题的能力，而达到巩固、深化所学的知识与技能。2）培养学生建立正确的科学思想，培养学生认真负责、实事求是的科学态度和严谨求实作风。3）培养学生调查研究，收集资料，熟悉有关技术文件，运用国家标准、手册、资料等工具书进行机械零件设计或加工。（如设计计算，数据处理，工程制图等）、编写技术文件等独立工作能力。2.2选题1）在充分满足教学要求和对学生技能训练的情况下尽可能结合实际选题。2）题目的难易程度适当，使学生经过努力在规定时间内能独立完成为宜。编写出符合要求的设计说明、正确编制数控加工程序、绘制二维、三维图形。2.3设计要求1）任务书、开题报告、毕业设计成绩鉴定表、毕业设计指导情况记录表各一份；2）设计说明书一本 (字数要求为5000字左右)；3）零件图一张 (CAD制图)；4）零件数控加工工序卡片、刀具卡片、走刀路线图；5）零件的数控加工程序及仿真。6）可以三四个人一组合作完成题目的设计，但是每个人的设计重点不一样。7）题目从下面的题中任选一题进行设计。2.4毕业设计课题1）椭圆轴数控加工工艺及车削编程 工件名:椭圆轴 材 料: 45# 毛坯：50mm100mm 设计总体要求: 数控车编程、(仿真)加工，根据图纸要求加工出满足设计要求的零件.2.5涉及的主要知识1）数控机床的合理选择 2）通过机械制造基础、机械制造工艺学查取相关知识 3）通过AUTOCAD、Mastercam、 UG制作二维、三维图 4）数控加工编程与斯沃仿真操作 3 二维图图3-14 三维图 图4-15 零件工艺分析5.1零件结构工艺性的概念零件的结构工艺性是指在满足使用性能的前提下，是否能以较高的生产率和最低的成本方便地加工出来的特性。为了多快好省地把所设计的零件加工出来，就必须对零件的结构工艺性进行详细的分析。主要考虑如下几方面：1）有利于达到所要求的加工质量 合理确定零件的加工精度与表面质量加工精度若定得过高会增加工序，增加制造成本，过低会影响机器的使用性能，故必须根据零件在整个机器中的作用和工作条件合理地确定，尽可能使零件加工方便制造成本低。保证位置精度的可能性为保证零件的位置精度，最好使零件能在一次安装中加工出所有相关表面，这样就能依靠机床本身的精度来达到所要求的位置精度。2) 有利于减少加工劳动量尽量减少不必要的加工面积减少加工面积不仅可减少机械加工的劳动量，而且还可以减少刀具的损耗，提高装配质量。5.2零件图纸分析1）加工内容零件主要是轴的加工，表面有椭圆、圆弧，并且零件被钻孔。加工主要是外椭圆、外圆弧、钻孔、镗内孔、车内螺纹的加工。2）加工要求零件加工主要要求为：22镗孔上偏差为+0.021mm，下偏差为0，粗糙度Ra1.6um，M24X1.5内螺纹的配合等级为H6；46mm的外圆表面上偏差为0，下偏差为-0.016mm，粗糙度Ra1.6um；34mm的外圆表面上偏差为0，下偏差为-0.016mm，粗糙度Ra1.6um；32mm长的镗孔的上偏差为+0.05mm，下偏差为0；3X5的普通槽的上偏差为+0.03mm，下偏差为0；36的外圆表面上偏差为0，下偏差为-0.025mm。3）该零件的加工方法 对于20mm的孔的加工方法为：车端面钻粗扩半精扩孔口倒角；外圆加工直接用外圆车刀粗车精车；M24X1.5-6H螺纹用内螺纹刀直接车。5.3毛坯的选择轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一。它主要用来支承传动零部件，传递扭矩和承受载荷。轴类零件是旋转体零件，其长度大于直径，一般由同心轴的外圆柱面、圆锥面、内孔和螺纹及相应的端面所组成。根据结构形状的不同，轴类零件可分为光轴、阶梯轴、空心轴和曲轴等。 轴的长径比小于5的称为短轴，大于20的称为细长轴，大多数轴介于两者之间。 轴类零件的毛坯和材料：1）轴类零件的毛坯 轴类零件可根据使用要求、生产类型、设备条件及结构，选用棒料、锻件等毛坯形式。对于外圆直径相差不大的轴，一般以棒料为主；而对于外圆直径相差大的阶梯轴或重要的轴，常选用锻件，这样既节约材料又减少机械加工的工作量，还可改善机械性能。 根据生产规模的不同，毛坯的锻造方式有自由锻和模锻两种。中小批生产多采用自由锻，大批大量生产时采用模锻。 2）轴类零件的材料 轴类零件应根据不同的工作条件和使用要求选用不同的材料并采用不同的热处理规范（如调质、正火、淬火等），以获得一定的强度、韧性和耐磨性。 45钢是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过调质（或正火）后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达4552HRC。 40Cr等合金结构钢适用于中等精度而转速较高的轴类零件，这类钢经调质和淬火后，具有较好的综合机械性能。 轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn，经调质和表面高频淬火后，表面硬度可达5058HRC，并具有较高的耐疲劳性能和较好的耐磨性能，可制造较高精度的轴。 精密机床的主轴（例如磨床砂轮轴、坐标镗床主轴）可选用38CrMoAIA氮化钢。这种钢经调质和表面氮化后，不仅能获得很高的表面硬度，而且能保持较软的芯部，因此耐冲击韧性好。与渗碳淬火钢比较，它有热处理变形很小，硬度更高的特性。 45号钢广泛用于机械制造，这种钢的机械性能很好。但是这是一种中碳钢，淬火性能并不好， 45号钢可以淬硬至HRC4246。所以如果需要表面硬度，又希望发挥45钢优越的机械性能，常将45钢表面渗碳淬火，这样就能得到需要的表面硬度。通过以上分析选择加工该椭圆轴的零件的材料为：45#钢 ,毛坯尺寸为50mmX100mm棒料。5.4 定位基准的选择 5.4.1 粗基准的选择根据粗基准选择应合理分配加工余量的原则，应选50mm外圆表面为粗基准定位，车削左端面及转内孔，以保证其加工余量均匀。5.4.2 精基准的选择精基准选则时，重点考虑的是减少工件的定位误差，保证零件的加工精度和加工表面之间的位置精度，同时也要考虑零件的装夹方便、可靠、准确。由零件的工艺分析可以知道，此零件的设计基准零件左端面和20mm孔中心线，根据基准重合原则，应选设计基准为精基准 ，即以左端面和20mm孔圆表面为精基准。由于多数工序的定位基准都是一面两孔，也符合基准同一原则。5.5 制定工艺路线根据给定的零件图纸进行分析，图纸给的零件需要钻孔切螺纹跟镗孔而却一次装夹不能加工零件等等综上考虑制定如下加工工艺路线：1）第一道工序装夹工件一头加工图纸左边的零件部分。 用90的外圆车刀车左端面及粗车外圆表面，再用35外圆车刀精车外圆表面，接着用钻刀钻孔、镗刀镗孔、内割刀切螺纹退刀槽、内螺纹刀车内螺纹。2）第二道工序。零件掉头装夹加工椭圆及外圆表面的切槽。掉头加工时已加工工件要套上铜管，这样就可以在装夹的时候不损伤已加工面。6选择的设备 6.1 机床的选择数控车床的型号：CA6140，机床的数控系统为FANUC-0iT.床身上最大回转直径mm 400 刀架上回转直径mm 210二顶尖间距离mm 750 主轴通孔直径mm 52/76/80 主轴头形式 A6；C8；D8 床身导轨宽度mm 400 床身导轨硬度RC 52 主电机功率kW 7.5技术参数 主轴转速范围 （24）r/min 10-1400 进给量范围（标准）mm/r 0.08-1.59 进给量范围（细进给）mm/r 0.028-0.054 进给量范围（加大进给）mm/r 1.71-6.33 加工公制螺纹范围（44种）mm 1-192 加工英制螺纹范围（20种）tpi 24-2 加工模数螺纹范围（39种）mm 0.25-48 加工径节螺纹范围（37种）DP 1-96 性能描述 本机床适用于车削内外圆柱面，圆锥面及其它旋转面，车削各种公制、英制模数和径节螺纹，并能进行钻孔，铰孔和拉油槽等工作。 6.2 夹具的选择车削薄壁工件时，由于工件的刚性差，在车削过程中受切削力和加紧力的作用极易产生变形，影响工件的尺寸精度和形状精度。因此，合理的选择装夹方法是保证加工薄壁零件精度的关键。此零件属于批量生产，而且加工精度不是很高，则采用通用夹具装夹。由于此零件比较薄，选用夹具时必须考虑在夹紧力作用下易产生变形，从而影响加工精度和尺寸精度。我们选择三爪卡盘（数控车床自带夹具）。由于本设计加工轴类零件，根据加工要求，我们采用不完全定位装夹，只需约束Z轴的转动自由度和X、Y轴的移动自由度。三爪卡盘（数控车床自带夹具）。如下图图6-17 切削用量的确定1）车50mm端面。端面最大加工余量为30.05mm，由于两端都要加工，因此端面不必全部加工，而可以留出一部分，待以后加工另一个端面时加工掉，分两次加工，ap=1.5mm计。确定进给量f：根据切削用量简明手册（第3版）（以下简称切削手册）表1.4，当刀杆长度为16mmX25mm，ap=1.5mm以及工件直径为50mm时 f=0.50.6mm/r，按CA6140车床说明书取f=0.3mm/r。确定切削速度：按切削手册表1.27，切削速度的计算公式得（寿命选T=60min）.Vc=.124.1m/min 所以切削速度取150 m/min 确定机床主轴转速：ns=1000vc/dw=1000x150/x50r/mm=955.4r/mm。按机床说明书选取n=1000r/mm. min。2）粗车外圆该工件外圆加工采用循环加工切削，故车削外圆背吃刀量、进给量、主轴转速及切削速度保持一致。背吃刀量ap=2mm ，进给量：根据切削手册表1.4，选用f=0.3mm/r。计算切削速度：见切削手册表1.27，vc=122.9m/min，主轴转速ns=652r/mm，按机床说明书选取n=710r/mm, 所以实际切削速度为v=114.5m/min。3）精车外圆。背吃刀量0.25mm，进给量f=0.07mm/r,同上vc=168m/min，ns=815r/mm,按机床说明书选取n=900r/mm，所以实际切削速度为v=150m/min。4）钻20mm孔5）镗20mm孔至24及倒内圆孔边背吃刀量ap=0.5mm,进给量f=0.3mm/r(见切削手册)，计算同上切削速度vs=169.9r/min，主轴转速ns=1890r/mm,按机床说明书选取nw=1400r/mm，实际切削速度v=100m/min。6）切内螺纹退刀槽背吃刀量ap=2.5mm，进给量f=0.10.12mm/r(见车工操作技能手册（第2版）表3-49)，按机床说明书选取f=0.1mm/r，通过查切削手册和计算得vc=120m/min,ns=1200/mm。7）车M24X1.5mm-6H 内螺纹根剧表4-7（数控加工工艺与编程）可知切削该螺纹需要4次循环切削，由于切削螺纹时，为能加工到螺纹小径，车削时轴的直径是逐渐增大，为防止乱牙现象，使用恒转速切削，按照机床说明书选取n=450r/mm,实际切削速度vc=35.3m/min。8）车轮廓凹槽背吃刀量ap=1.5mm，进给量f=0.10.12mm/r（见车工操作技能手册(第2版)表3-49）。按CA6140车床说明书选取f=0.1mm/r，通过查切削手册计算vc=100m/min，ns=1000r/mm。调头加工另一端1）端面切削同上2）粗车外圆轮廓时（采用循环切削）背吃刀量ap=1mm，f=0.40.5mm/r,按机床说明书选取f=0.46mm/r,切削速度：按切削手册表1.27，根据切削速度计算公式（寿命选T=60min）vc=cv/Tmapxvfyvkv .所以Vc=128.3m/min。确定机床主轴转速：ns=1000vc/dw =817.2r/min,按机床说明书选取n=900r/min，实际切削速度v=150m/min。6）精车外圆轮廓背吃刀量ap=0.15mm,f=0.2mm/r（见切削手册及机床说明书），切削速度：vc=234m/min，ns=989m/min，按机床说明书选取n=1200r/min 8 刀具选择数控加工台时费用高，为提高效益，数控加工对刀具提出了更高要求，不仅要刚性好，精度高，而且要尺寸稳定、耐用度高。调整方便。因此凡加工情况允许选用硬质合金刀具时，就不应选用高速钢具刀。应尽量选用可转位刀片以减少刀具磨损后的更换和预调时间，选用涂层刀具以提高耐磨性。精密镗孔应选用性能更好更耐磨的金刚石和立方氧化硼刀具。车床上用刀选择可转位硬质合金刀具，根据工件材料，选择刀具材料为硬质合金，代号为YW类。刀杆BH=1625。1# 粗车端面、外圆、凹槽： Kr=90 kr=15 a0=8 0=12 刀片边长10mm 刀片厚度4mm2# 精车端面、外圆： 35菱形刀片 kr=15 0=12 a0=14163# 切槽： 刀片直径为12mm 刀宽为4mm和3mm4# 钻 孔： 刀片直径为12mm 刀杆直径为20mm5#镗孔： Kr=60kr=300=35 a0=1416 刀片边长12mm 刀片厚度3mm 刀尖圆弧半径为0.5 mm6# 车螺纹： 刀片边长2mm 刀片厚度3mm 刀片直径为0.5mm 9 手动编程1）现用三爪卡盘夹住50mmX100mm棒料的一端，加工外圆及内孔的一些加工程序如下：O0916;T0101; /90外圆车刀/ 车外圆G96S120M03;G00X54.0Z4.0;G94X0Z-3F0.2;G71U3.0R1.0;G71P10Q20U0.2W0.05F0.2;N10G00X34.0;G01Z-5.2F0.07S180；G02X46.0Z-15.0R11.0;G01Z-51.0;N20G00X54.0;G00X80.0Z80.0;T0202; /35外圆车刀/X54.0Z4.0;G70P10Q20;G00X80.0Z80.0;T0303; /20mm麻花钻/ 钻孔G97S600;G00Z2.0;X0;G01Z-43.0F0.2;G00Z80.0;T0404; /镗刀/G96S120.0;G00X32.0Z0;G01X22.0Z-5.0F0.2; Z-32.0;G00X10.0;Z80.0;M05;M30;（程序O0916图）O0917;T0101; /内割刀/G97S600M03;G00X9.0;Z-22.0;G01X25.0F0.5;G00X10.0;Z80.0;T0202; /内螺纹刀/G00X18.0Z5.0;G92X22.8Z-20.0F1.5;X23.4;X23.8;X24.0;G00X80.0Z80.0;T0303; /割刀/G00X80.0;N160G00Z-45.0;G01X40.0F0.5;G00X48.0;G01Z-44.0F0.5;X40.0;G00X48.0;Z-35.0;G01X40.0F0.5G00X48.0;Z-34.0;G01X40.0;G00X48.0;W10.0;G01X40.0;G00X48.0;W1.0;G01X40G00X48.0;X80.0Z80.0;M05;M30;（程序O0917图）2）调头车另一头，用三爪卡盘装夹在46的外圆上并用铜皮包着，加工程序如下：O0918;T0101; /90外圆刀/G96S120M03;G00X54.0Z3.0;G71U2.0R0.5;G71P10Q80U0.2W0.05F0.2;N10G00X0;G01Z0F0.1;#101=0;N20#102=26*SIN#101;#103=20*COS#101-20;#101=#101+0.5;G01X#102Z#103F0.2;IF#103GE-19GOTO20;G01X36.0Z-29.0;W-17.0;X43.0;X46.0W-1.5;Z-57.0;N80G00X54.0;G00X80.0Z80.0;T0202; /35外圆刀/X54.0Z3.0;G70P10Q80;G00X80.0Z80.0;M05;M30;（程序O0918图）11 设计小结此次设计贯穿了本专业所学到的理论知识与实践操作技术，从分析设计到计算、模拟加工等过程，为我们提供了自主学习，自主选择，自主完成的机会。毕业设计有实践性，综合性，探索性，应用性等特点，本次选题的目的是数控专业教学体系中构成数控技术专业知识及专业技能的重要组成部分，是运用数控机床实际操作的一次综合练习。通过本次设计让我明白了数控加工设计理论已经不拘泥于系统论的理论基础，开始强调产品尺寸精度，工艺严格性，从而更加有得于学生的数控编程及操作的创新精神和实践能力。随着毕业设计做完，也将意味我的大学生活即将结束，但在这段时间里面我觉得自己是努力并快乐的。在繁忙的的日子里面，曾经为解决技术上的问题，而去翻我所学专业的书籍。经过这段时间我真正体会了很多，也感到了很多。这次毕业设计，使我对所学的专业课理论知识得以巩固，与生产实践相结合，对数控加工工艺与编程知识有了更深一层的认识，掌握了一些实际操作技能。比如：1）在使用FANUC系统进行数控仿真加工的过程中，对该系统的性能及操作技能得以灵活运用;2）能够灵活运用数控加工工艺卡片的制作；3）了解了UGNX4.0计算机辅助制图编程软件的功能及使用方法。4）在用Auto CAD绘制零件的平面图时，图层的建立存在着欠缺；5）在用UGNX4.0建立零件的三维造型的过程中，一些操作的掌握还有待于提高；同时在设计的过程中，也认识到数控加工技术正在迅速发展并得以普及。随着数控机床应用量的剧增，就需要我们熟练掌握现代数控机床编程、操作和维护等技术，来适应时代的发展。由于本人水平有限，在编写设计说明书的过程中缺陷乃至错误